Oma laagrite hankimine

Materjalide koostamine (iga meeskonna jaoks)

Vajalikud materjalid tegevuste 1, 2, 3 jaoks

• Purgi kaas (majoneesist vms anumast)
• 25 identse suurusega marmorit (suurem kui kasutatud kaane sügavus)
• raamat
• Vaiba või vaiba osa 

Väljakutseks vajalikud materjalid

• 100 pliiatsit
• Patsutus
• 25 kummipaelad

Katsematerjalid

• Laud või väike laud
• Vaiba või vaiba osa

materjalid

• Laud või väike laud
• Vaiba või vaiba osa

Protsess

Meeskonnad katsetavad oma disainilahendusi, näidates, kuidas nad saavad nimetissõrmega lauda/lauda 10 jalga liigutada.

Design Challenge

Te olete inseneride meeskond, kes töötavad koos, et kujundada rull -laagrite abil süsteem, mis liigutab ühe teie klassiruumi laua või laua 10 jalga. Piirake jõudu, mida rakendate, et panna laud või laud liikuma sellele, mida saate vajutada ainult nimetissõrme abil.

Kriteeriumid

• Lauda või lauda tuleb liigutada 10 jalga.
• Kasutage laua või laua liigutamiseks ainult nimetissõrme.

Piirangud

• Saab kasutada ainult kuni 100 pliiatsit, teipi ja 25 kummipaela
• Kasutage ainult teile antud materjale.

1. Murdke klass võistkondadesse 3-4.
2. Jagage välja tööleht Laagrite hankimine ja mõned paberilehed kujunduste visandamiseks.
3. Arutage teemasid jaotises Taustamõisted. Paluge õpilastel tunda hõõrdumise tugevust, kui proovite purgi kaant (avatud osa allapoole) liigutada erinevatel pindadel: lauaplaat, plaatpõrand, vaibatükk. Paluge õpilastel soovitada erinevaid masinaid, mis sisaldavad kuullaagreid või rull -laagreid.
4. Vaadake üle projekteerimise protsess, disaini väljakutse, kriteeriumid, piirangud ja materjalid.
5. Varustage igat meeskonda nende materjalidega.
6. Õpetage õpilasi, et nad viivad lõpule kolm tegevust ja seejärel väljakutse.
   Tegevus 1: Õpilased proovivad neile pakutavat kaant liigutada üle mitme pinna - raamatu, töölaua, põranda, vaiba.
   Tegevus 2: Õpilased panevad purgi kaanesse just nii palju marmorit, et see peaaegu marmoriga ruumi täidaks (nad ei tohiks seda üle täita, et marmor ei saaks vabalt liikuda). Seejärel peaksid nad kaane ümberpööramiseks kasutama raamatut ja seejärel proovima kaant marmorist "kuulidega" liigutada.
   Tegevus 3: Õpilased proovivad varianti, kus kaane peale pannakse raamat või muu raskus (marmoriga ja ilma).
7. Selgitage, et väljakutseks peavad õpilased kavandama süsteemi, mis kasutab rull -laagreid, et liigutada ühte klassiruumi lauda või lauda 10 jalga. Nad peaksid piirama jõudu, mida nad rakendavad, et panna laud või laud liikuma sellele, mida nad saavad suruda ainult teie nimetissõrme abil.
8. Andke teada, kui palju aega nad peavad projekteerima ja ehitama (soovitatav on 1 tund).
9. Õigel ajal püsimiseks kasutage taimerit või on-line stopperit (loenduri funktsioon). (www.online-stopwatch.com/full-screen-stopwatch). Andke õpilastele regulaarselt ajakontrolli, et nad jääksid ülesandele. Kui nad on hädas, esitage küsimusi, mis viivad nad kiiremini lahenduseni.
10. Õpilased kohtuvad ja koostavad oma rull -laagrisüsteemi plaani. Nad lepivad kokku vajalike materjalide osas, kirjutavad/joonistavad oma plaani ja esitavad oma plaani klassile.
11. Võistkonnad loovad oma kujunduse.
12. Meeskonnad katsetavad oma disainilahendusi, näidates, kuidas nad saavad nimetissõrmega lauda/lauda 10 jalga liigutada.
13. Klassina arutage õpilaste mõtisklusküsimusi.
14. Lisateavet selle teema kohta leiate jaotisest „Kaevamine sügavamale“.

Valikuline vanematele õpilastele

Töötage meeskondades, et uurida, kas muud tüüpi laagritel võib olla eeliseid praeguste kuul- või rullkonstruktsioonide ees. Miks või miks mitte?

Õpilaste mõtisklus (insenerimärkmik)

1. 1. tegevus:
   - Mis vahe oli kaane liigutamisel erinevate pindade vahel?
   - Millisel pinnal oli kõige rohkem hõõrdumist? Miks?
2. 2. tegevus:
   - Mis vahe oli hõõrdumisel, mida kogesite marmorite veeremisel
   kaane all?
   - Kas marmorid aitasid kõigil pindadel? Ainult mõned?
   - Millisel pinnal, kui üldse, oli praegu kõige rohkem hõõrdumist? Miks?
3. 3. tegevus:
   - Kas marmorist alus võimaldab raskuste lisamisel kergemat liikumist?
   - Kas te mõtlete sellise seadme rakendusele?
   - Kellel oleks vaja suurte raskustega esemeid liigutada? Kuidas see aitaks?
   - Loetlege kolm erinevat masinat, millel on kuullaagrid või rull -laagrid.
4. Väljakutse:
   - Kas planeerisite projekteerimistöid? Miks või miks mitte?
   - Milliseid muudatusi pidite oma plaanis tegema, et see oleks tõhusam lahendus?
   - Kas teil oli võimalik lauda/lauda liigutada, kasutades ainult ühe nimetissõrme jõudu?

Tundi saab teha vanemate õpilaste jaoks juba 1 tunni jooksul. Kuid selleks, et aidata õpilastel kiirustada ja tagada õpilaste edu (eriti nooremate õpilaste jaoks), jagage tund kaheks perioodiks, andes õpilastele rohkem aega ajurünnakuteks, ideede testimiseks ja nende kujunduse viimistlemiseks. Tehke testimine ja ülevaade järgmisel klassiperioodil.

Mis on hõõrdumine?

Kuidas kuullaagrid aitavad? 

Hõõrdumine

Hõõrdumine on termin, mis kirjeldab, kui suur on kahe objekti vastupanu teisele liikumiseks. Mida suurem on hõõrdumine, seda raskem on kahel objektil sujuvalt liikuda. Väiksema hõõrdumise korral liiguvad esemed üksteise vastu kergesti ja sujuvalt. Näiteks kummitükil oleks vaiba kohal suurem hõõrdumine kui sujuval õpikul. Masinates hõõruvad osad üksteise vastu ja suurenenud hõõrdumine võib osad kiiremini kuluda.

Kuullaagrid

Mõiste kuullaager tähendab mõnikord laagrisõlme, mis kasutab veereelementidena kerakujulisi laagreid. See tähendab ka individuaalset palli laagrisõlme jaoks. Kuullaagrid on valmistatud paljudest erinevatest materjalidest, sealhulgas keraamikast, metallidest, roostevabast terasest ja muudest hübriidmaterjalidest. Need aitavad vähendada hõõrdumist, mis hoiab masinad kauem töös. Samuti võivad need lubada masinal vaiksemalt töötada. Laagrid kujundati lihtsal põhimõttel - esemed veerevad kergemini kui libisevad. Kui kaks objekti libisevad üksteise vastu, nagu raamat laual või purk vaibal, siis pindade vaheline hõõrdumine aeglustab liikumist. Kui objektid saaksid selle asemel teineteisest üle rullida, siis puudutatava pinna pindala on piiratud ja seega väheneb hõõrdumine.

Veerelaagrid

Veerelaager on laager, mis kannab koormust, asetades kahe detaili vahele ümmargused elemendid. Tükkide suhteline liikumine põhjustab ümmarguste elementide vähese libisemisega veeremise (kukkumise). Pildil näete, kuidas pallid on ümmarguste osade vahel. Üks varasemaid ja tuntumaid veerelaagreid on palgikomplektid, mis asetatakse maapinnale ja mille peal on suur kiviplokk. Kivi tõmbamisel veerevad palgid väikese libiseva hõõrdumisega mööda maad. Kui iga palk tuleb tagaküljelt välja, liigutatakse see esiküljele, kus plokk sellele rullub. Sellist laagrit saate jäljendada, kui asetate lauale mitu pliiatsit või pliiatsit ja asetate oma käe nende peale.

Jalgrattaid ilma kuullaagriteta? Rullnokad ilma rull -laagriteta?

Jalgrattad on suurepärane näide masinast, mis hõõrdumise vähendamiseks kasutab kuullaagreid. Kuullaagreid võib leida pedaalidest, rataste esi- ja taga rummudest ning torust, kuhu juhtraud on kinnitatud. Ja rulad ja rullterad sisaldavad ka kuullaagreid! Lisaks nendele näidetele on kuullaagrid õlipuurimisseadmete, lennukite ja autode oluline disainielement. Rull -laagrites kasutatakse rull -laagreid!

Kuullaagrite ajalugu - toote areng  

ajalugu

Varane näide puidust kuullaagrist, mis toetab pöörlevat lauda, ​​leiti Itaalias Nemi järvest pärit Rooma laeva jäänustest. Vrakk dateeriti 40 eKr. Väidetavalt kirjeldas Leonardo da Vinci kuullaagritüüpi umbes aastal 1500. Üks kuullaagrite probleem on see, et need võivad üksteise vastu hõõruda, põhjustades täiendavat hõõrdumist, kuid seda saab vältida kuulide puuri sulgemisega. . Püütud või puuris kuullaagrit kirjeldas algselt Galileo 1600ndatel.

Innovatsioon

Henry Timken, 19. sajandi visionäär ja vankritootmise uuendaja, patenteeris koonusrull-laagri 1898. aastal. Ta nägi ette äri, mille ülesanne on lahendada kriitiline, igipõline tehniline probleem: hõõrdumine, jõud, mis takistab kokkupuutel olevate objektide liikumist. üksteist. "Mees, kes suudaks välja mõelda midagi, mis hõõrdumist põhimõtteliselt vähendaks," märkis Timken, "saavutaks maailmale midagi tõeliselt väärtuslikku." Järgmisel aastal asutas ta oma uuenduse tootmiseks ettevõtte The Timken Company.

Toote disain ja täiustamine

Kui Henry oma arendustööd alustas, oli domineerivaks laagriks ehk hõõrdlaagriks, mida kasutati iidsetest aegadest vähese muutusega. See oli sisuliselt metallvooder pöörleva võlli ümber asuvas augus, mille põhitöö hõõrdumise vähendamine sõltus määrimisest. Henry hakkas kuullaagritega katsetama, kuid need ebaõnnestusid kiiresti. Ta jõudis järeldusele, et rull-laagrid andsid sõidukitele, näiteks autodele suuremat lubadust, sest koorma raskust- nii palju raskemat kui jalgrattaga- saab kanda kogu rullide ulatuses, erinevalt ühest kokkupuutepunkt kuullaagrites igal kuul. Henry proovis sirgeid rulle, kuid asus koonusesse, mis võimaldas laagritel jõudu igast suunast kinni hoida. Alates 1899. aastast on The Timken Company tootnud üle kuue miljardi laagri ja valmistab nüüd mitut tüüpi laagreid.

Tööstusharud ja rakendused

Kuullaagreid kasutatakse enamikus tööstusharudes, sealhulgas transpordis, lennunduses, tootmises, põllumajanduses ja spordis/meelelahutuses. Siit leiate näiteid kuul- või rull -laagritest, mida kasutatakse lennukite maandumisratastes, tuuleturbiinides, satelliitides ja valtsimistehastes. Kääbuslaagreid võib leida meditsiinilistest rakendustest, näiteks hambaraviseadmetest.

Interneti-ühendused

• Ameerika laagrite tootjate liit - kandev ajaskaala

Soovituslik kirjandus

• Timken: Missourist Marsini - sajand juhtival kohal tootmises (ISBN: 0875848877)
• Jalgrattateadus, autor David Gordon Wilson (ISBN: 0262731541)
• Kuullaagrid: teooria, disain ja rakendus (ISBN: 0471984523)

Kirjutustegevus

Kirjutage essee või lõik, mis kirjeldab kolme erinevat masinat, mis sisaldavad kuullaagreid või rull -laagreid. Kuidas laagrite kasutamine masinat parandab?

Vastavusse viimine õppekava raamistikuga

Märge: Selle seeria tunniplaanid on joondatud ühe või mitme järgmise standardikomplektiga:

• S. Teadushariduse standardid (http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=4962)
• S. Uue põlvkonna teaduse standardid (http://www.nextgenscience.org/)
• Rahvusvahelise Tehnoloogiahariduse Assotsiatsiooni tehnilise kirjaoskuse standardid (http://www.iteea.org/TAA/PDFs/xstnd.pdf)
• S. Riiklik matemaatikaõpetajate nõukogu põhimõte ja koolimatemaatika standardid (http://www.nctm.org/standards/content.aspx?id=16909)
• S. Matemaatika ühised riiklikud põhistandardid (http://www.corestandards.org/Math)
• Arvutiteaduse õpetajate ühing K-12 arvutiteaduse standardid (http://csta.acm.org/Curriculum/sub/K12Standards.html)

Riiklikud teadushariduse standardid K-4 klass (vanuses 4–9)

SISUKORD B: Füüsika

Oma tegevuse tulemusena peaksid kõik õpilased arendama arusaama

• Esemete ja materjalide omadused
• Objektide asend ja liikumine

SISU STANDARD E: teadus ja tehnoloogia

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arenema

• Tehnoloogilise disaini võimed

SISU STANDARD G: Teaduse ajalugu ja olemus

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arendama mõistmist

• Teadus kui inimlik ettevõtmine

Riiklikud teadushariduse standardid 5. – 8. Klass (vanuses 10–14)

SISUKORD B: Füüsika

Oma tegevuse tulemusena peaksid kõik õpilased arendama arusaama

• Mateeria omadused ja omaduste muutused
• Liikumised ja jõud
• Energia ülekandmine

SISU STANDARD E: teadus ja tehnoloogia

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arenema

• Tehnoloogilise disaini võimed

SISU STANDARD G: Teaduse ajalugu ja olemus

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arendama mõistmist

• Teadus kui inimlik ettevõtmine
• Teaduse ajalugu

Riiklikud teadushariduse standardid 9. – 12. Klass (vanuses 14–18)

SISUKORD B: Füüsika

Oma tegevuse tulemusena peaksid kõik õpilased arendama mõistmist

• Liikumised ja jõud
• Energia ja aine vastastikmõjud

SISU STANDARD E: teadus ja tehnoloogia

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arenema

• Tehnoloogilise disaini võimed
• Arusaam teadusest ja tehnoloogiast

Riiklikud teadushariduse standardid 9. – 12. Klass (vanuses 14–18)

SISU STANDARD F: Teadus isiklikus ja sotsiaalses perspektiivis

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arendama mõistmist

• Teadus ja tehnoloogia kohalikes, riiklikes ja globaalsetes väljakutsetes

SISU STANDARD G: Teaduse ajalugu ja olemus

Tegevuste tulemusena peaksid kõik õpilased arendama mõistmist

• Ajaloolised perspektiivid

Järgmise põlvkonna teadusstandardid - 2. – 5. Klass (vanuses 7–11)

Mateeria ja selle vastastikmõjud

• 2-PS1-2. Analüüsige erinevate materjalide testimisel saadud andmeid, et teha kindlaks, millistel materjalidel on omadused, mis sobivad kõige paremini kavandatud otstarbeks.

Liikumine ja stabiilsus: jõud ja vastastikmõjud

Üliõpilased, kes näitavad mõistmist, saavad:

• 3-PS2-1. Plaanige ja viige läbi uurimine, et tõendada tasakaalustatud ja tasakaalustamata jõudude mõju objekti liikumisele.

Insenerikujundus

Üliõpilased, kes näitavad mõistmist, saavad:

• 3-5-ETS1-1. Määratlege lihtne disainiprobleem, mis kajastab vajadust või soovi, mis sisaldab kindlaksmääratud edukriteeriume ning materjalide, aja või kulude piiranguid.
• 3-5-ETS1-2. Looge ja võrrelge probleemile mitu võimalikku lahendust selle põhjal, kui hästi kumbki tõenäoliselt vastab probleemi kriteeriumidele ja piirangutele.

Järgmise põlvkonna teadusstandardid - 6. – 8. Klass (vanuses 11–14)

Insenerikujundus

Üliõpilased, kes näitavad mõistmist, saavad:

• MS-ETS1-2 Hinnake konkureerivaid disainilahendusi süstemaatilise protsessi abil, et teha kindlaks, kui hästi need vastavad probleemi kriteeriumidele ja piirangutele.

Tehnoloogilise kirjaoskuse standardid - igas vanuses

Tehnoloogia ja ühiskond

• Standard 6: Õpilased arendavad arusaama ühiskonna rollist tehnoloogia arendamisel ja kasutamisel.
• 7. standard: Õpilased arendavad arusaama tehnoloogia mõjust ajaloole.

Disain

• 8. standard: Õpilased saavad aru disaini omadustest.

Standard 9: Õpilased arendavad inseneriteadmisi

Step One:

Lugege õpilaste teatmiklehti, et saada teavet laagrite ning kuullaagrite ja rull -laagrite ajaloo ja arengu kohta.

Teine etapp:

Töötades 3-4-liikmelistes rühmades, proovige teisaldatud kaas liigutada mitmele pinnale-raamat, töölaud, põrand, vaip.

Küsimus:

1. Mis vahe oli kaane liigutamisel erinevate pindade vahel? Millisel pinnal oli kõige rohkem hõõrdumist? Miks?

Kolmas samm:

Asetage purgi kaanesse just nii palju marmore, et see peaaegu täidaks ruumi marmoriga (ärge täitke üle, et marmor ei saaks vabalt liikuda). Kasutage kaane ümberpööramiseks raamatut ja proovige nüüd kaant nihutada koos marmorist "kuulidega", mis aitavad hõõrdekate liigub samadel pindadel, mida varem prooviti.

Küsimused:

1. Mis vahe oli hõõrdumisel, mida kogesite marmorite kaane all veeremisel?

2. Kas marmorid aitasid kõigil pindadel? Ainult mõned? Millisel pinnal, kui üldse, oli nüüd kõige rohkem hõõrdumist? Miks?

Neljas samm:

Proovige varianti, kus kaane peale pannakse raamat või muu kaal (marmoriga ja ilma).

Küsimused:

1. Kas marmorist alus võimaldab raskuste lisamisel lihtsamat liikumist?

2. Kas te mõtlete sellise seadme rakendusele? Kellel oleks vaja suurte raskustega esemeid liigutada? Kuidas see aitaks?

3. Loetlege kolm erinevat masinat, mis sisaldavad kuullaagreid või rull -laagreid.

1: _____________ 2. ______________ 3 ._____________

Valikuline õpilase tööleht:
Sa oled insener! Rull -laagritega probleemide lahendamine

Juhised

Sina oled insener! Töötage meeskonnas ja koostage plaan, kasutades rull -laagreid, et teisaldada üks klassiruumi laud või laud 10 jalga, kasutades selleks kaasasolevaid materjale. Väljakutse: piirake jõudu, mida rakendate, et panna laud või laud liikuma sellele, mida saate vajutada ainult nimetissõrme abil. Võite kasutada kuni 100 pliiatsit, teipi.

materjalid

Üks materjalide komplekt igale õpilasrühmale:

• 100 pliiatsit
• lint
• kummipaelad
• Vaiba või vaiba osa

Step One:

Joonista allpool oma kavandatud lahendust kujutav illustratsioon.

Teine etapp:

Proovi oma plaani! Vaadake, kas saate lauda liigutada ainult kasutades - insenerid töötavad kogu aeg erinevates mõõtkavades!

Küsimused:

1. Kas planeerisite projekteerimistööd? Miks või miks mitte?

2. Milliseid muudatusi pidite oma plaanis tegema, et see oleks tõhusam lahendus?

3. Kas suutsite lauda/lauda liigutada, kasutades ainult ühe nimetissõrme jõudu?